KR102336201B1 - 평면 연마 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 워크를 계측하면서 워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서 회전측 조인트부의 회전 각도에 의한 광강도의 변동을 억제함으로써 광파이버를 전송하는 광신호의 광강도의 변동을 억제한다.
[해결 수단] 평면 연마 장치(1)는 광 로터리 조인트(60)와, 광 로터리 조인트(60)의 일차측을 광원(3)에 접속하는 일차측 광파이버(51)와, 광 로터리 조인트(60)의 이차측을 계측기(프로브 헤드)(41)에 접속하는 이차측 광파이버(52)를 구비하고 있다. 광 로터리 조인트(60)는 일차측 광파이버(51)에 접속되어서 기체에 대하여 고정적으로 설치되어 있는 정지측 조인트부와, 이차측 광파이버(52)에 접속되어서 상정반(20)의 회전축선과 함께 회전하는 회전측 조인트부를 갖고, 광원(3)으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부(53)를 설치하고 있다.

Description

평면 연마 장치{SURFACE POLISHING APPARATUS}

본 발명은 워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치에 관한 것이며, 특히 워크를 계측하면서 워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치에 관한 것이다.

워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치로서 일반적으로 워크의 양면을 동시에 연마하는 양면 연마 장치나 워크의 편면을 연마하는 편면 연마 장치가 알려져 있다. 이들 평면 연마 장치에서는 워크의 연마 정밀도를 향상시키기 위해서 워크의 두께나 단면 형상 등을 계측하면서 워크의 평면을 연마하는 것이 행해지고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1의 도 5에는 워크를 향해서 측정광을 조사함과 아울러 그 반사광을 수광하는 두께 측정 장치를 회전 가능한 상정반에 부착시킨 평면 연마 장치가 개시되어 있다. 이 평면 장치에서는 워크의 연마 중에 두께 측정 장치로부터 워크를 향해서 측정광이 출사되어 워크에서 반사된 반사광이 두께 측정 장치에서 수광된다. 그리고 두께 측정 장치에서 수광된 반사광은 광파이버 케이블, 광파이버 로터리 조인트를 통해 외부의 연산 장치로 전송되고, 이 연산 장치에서 워크 두께가 연산된다.

그런데 이 종류의 광 로터리 조인트는 기체 등의 고정 부재에 대해서 고정적으로 설치되어 정지측 광파이버를 유지하는 정지측 조인트부와, 상정반 등의 회전 부재와 함께 회전하여 회전측 광파이버를 유지하는 회전측 조인트부를 갖고 있다. 그리고 특허문헌 2에도 나타내어지는 바와 같이 이 종류의 광 로터리 조인트에 광신호를 입사하면 광신호의 광량(광강도)이 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 변동된다. 그 때문에 특허문헌 1에 기재되어 있는 평면 연마 장치의 광 로터리 조인트에 광신호를 전송하면 이 광신호의 광량이 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 변동되어 워크 두께의 계측값이 시간적으로 변동된다. 그러나 워크 두께의 계측값이 변동되면 워크의 연마 정밀도에 영향이 생기기 때문에 워크의 두께나 단면 형상 등의 계측값의 변동을 억제하는 것이 요망되고 있다.

일본 특허공개 2008-227393 일본 특허공개 2002-178257

본 발명의 기술적 과제는 워크를 계측하면서 워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서 회전측 조인트부의 회전 각도에 의한 광강도의 변동을 억제함으로써 광파이버나 광 로터리 조인트 등의 전송로 및 계측기를 전송하는 광신호의 광강도의 변동을 억제하는 평면 연마 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 회전 가능하게 지지된 상정반 및 하정반을 갖고, 이 상정반과 하정반 사이에 워크를 협지하고, 양 정반을 회전시켜서 상기 워크의 양면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서 상기 평면 연마 장치는 상기 어느 하나의 정반에 부착되어 레이저광을 사용하여 상기 워크를 계측하는 워크 계측 기구를 구비하고, 상기 워크 계측 기구는 상기 레이저광을 상기 워크에 조사함과 아울러 상기 워크로부터의 반사광을 수광하는 계측기와 광원으로부터 상기 계측기에 상기 레이저광을 전송하는 광전송로를 갖고, 상기 광전송로는 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반의 회전축선 상에 배치되는 광 로터리 조인트와, 상기 광 로터리 조인트의 일차측을 상기 광원에 접속하는 일차측 광로와, 상기 광 로터리 조인트의 이차측을 상기 계측기에 접속하는 이차측 광로를 구비하고, 상기 광 로터리 조인트는 상기 일차측 광로에 접속되어서 기체에 대하여 고정적으로 설치되어 있는 정지측 조인트부와, 상기 이차측 광로에 접속되어서 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반과 함께 회전하는 회전측 조인트부를 갖고, 상기 광원으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부를 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 정반과, 워크를 유지하는 유지부를 갖고, 상기 정반과 유지부 중 적어도 한쪽을 회전시켜 상기 워크와 상기 정반을 접촉시킨 상태에서 워크의 편면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서, 상기 평면 연마 장치는 상기 정반 또는 유지부 중 어느 하나에 부착되어 레이저광을 사용하여 상기 워크를 계측하는 워크 계측 기구를 구비하고, 상기 워크 계측 기구는 상기 레이저광을 상기 워크에 조사함과 아울러, 상기 워크로부터의 반사광을 수광하는 계측기와 상기 광원으로부터 상기 계측기에 레이저광을 전송하는 광전송로를 갖고, 상기 광전송로는 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반 또는 유지부의 회전축선 상에 설치된 광 로터리 조인트와, 상기 광 로터리 조인트의 일차측을 상기 광원에 접속하는 일차측 광로와, 상기 로터리 조인트의 이차측을 상기 계측기에 접속하는 이차측 광로를 구비하고, 상기 광 로터리 조인트는 상기 일차측 광로에 접속되어 기체에 대해 고정적으로 설치되어 있는 정지측 조인트부와 상기 이차측 광로에 접속되어 상기 정반 또는 유지부 중 적어도 한쪽과 함께 회전하는 회전측 조인트부를 갖고, 상기 광원으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 원편광 레이저광을 출력하는 원편광 출력부를 설치하는 것을 특징으로 한다.

여기에서 「광원으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부를 설치한다」란, 광원에 원편광 출력부를 설치하는 것 또는 정지측 조인트부에 원편광 출력부를 설치하는 것을 포함하는 것으로 한다.

또한, 레이저광을 전송하는 광전송로에 정지측 조인트부와 회전측 조인트부를 갖는 광 로터리 조인트를 사용한 평면 연마 장치에 있어서는 정지측 조인트부에 접속되어 있는 일차측 광로로부터 회전측 조인트부에 접속되어 있는 이차측 광로를 향해서 출사되는 레이저광의 광강도는 정지측 조인트부에 대한 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 주기적으로 변동된다. 이 광 로터리 조인트를 전송하는 레이저광에 대해서 본 발명의 발명자가 행한 연구에 의하면 일차측 광로로부터 출사되는 레이저광의 편광 특성이 직선 편광이나 타원 편광일 경우에는, 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광 방위와 광강도는 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 변동된다. 이 때, 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 광강도는 일차측 광로로부터 출사되는 레이저광의 광강도와 거의 같은 경우도 있으며, 거의 0이 되는 경우도 있다. 한편, 일차측 광로로부터 출사되는 레이저광의 편광 특성이 원편광일 경우에는 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광 방위는 회전측 조인트부의 회전 각도에 대응하여 변화하지만 그 광강도는 회전측 조인트부의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 된다. 이 때, 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 광강도는 일차측 광로로부터 출사되는 레이저광의 광강도의 약 반분이 된다.

따라서, 이차측 광로에 입사되는 레이저광의 편광 방위와 광강도는 일차측 광로로부터 이차측 광로를 향해서 출사되는 레이저광의 편광 특성, 편광 방위와, 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 주기적으로 변동된다. 즉, 정지측 조인트부와 회전측 조인트부를 갖는 광 로터리 조인트에 있어서, 회전측 조인트부는 전송하는 레이저광의 편광 특성과 편광 방위를 회전 각도에 의해 변화시키는 편광판과 등가의 기능을 한다. 이 때, 일차측 광로로부터 출사되는 레이저광이 원편광의 레이저광일 경우에는 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 광강도가 거의 일정하게 된다.

또한, 본 발명은 상기 원편광 출력부는 상기 일차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광을 원편광으로 변환하기 위한 원편광 조정용 편파 조정기인 것이 바람직하다.

또한, 상기 이차측 광로에는 상기 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광을 직선 편광으로 변환하기 위한 직선 편광 조정용 편파 조정기가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

그리고 상기 계측기는 상기 이차측 광로로부터 전송되는 직선 편광의 레이저광을 제 1 레이저광과 제 2 레이저광으로 분리하는 편광 빔 스플리터와 상기 제 1 레이저광 및 제 2 레이저광의 편광을 원편광으로 편광하는 파장판과, 상기 파장판을 통과한 제 1 레이저광을 반사하여 다시 상기 파장판에 입사시키는 반사판을 갖고, 상기 제 2 레이저광을 상기 워크에 조사하여 상기 워크에 의해 반사된 반사광과 상기 반사판에 의해 반사된 제 1 레이저광의 반사광을 상기 편광 빔 스플리터로 합성하는 것이 바람직하다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면 광원으로부터 계측기에 레이저광을 전송하는 광전송로에 정지측 조인트부와 회전측 조인트부를 갖는 광 로터리 조인트를 구비하고 있고, 광원으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부가 설치되어 있다. 상술한 바와 같이 정지측 조인트부로부터 회전측 조인트부로 입사되는 레이저광의 광강도는 입사되는 레이저광이 직선 편광이나 타원 편광일 때는 회전측 조인트부의 회전 각도에 의해 변화되지만, 회전측 조인트부에 입사되는 레이저광을 원편광으로 함으로써 정지측 조인트부로부터 회전측 조인트부로 입사되는 레이저광의 광강도의 변동을 억제할 수 있다. 그 결과, 광전송로나 계측기를 전송하는 광신호의 광강도를 안정된 상태로 유지할 수 있고, 워크 두께나 형상 등의 계측값의 변동을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 평면 연마 장치의 실시형태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 로터리 조인트 주변을 확대한 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타내는 평면 연마 장치의 광학계를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 1에 나타내는 평면 연마 장치로 계측된 워크 두께를 나타내는 그래프이다.
도 5는 비교예로 나타내어지는 평면 연마 장치로 측정된 워크 두께를 나타내는 그래프이다.

본 발명은 워크를 계측하면서 워크의 평면을 연마하는 평면 연마 장치에 관한 것이며, 워크의 양면을 연마하는 양면 연마 장치, 워크의 편면을 연마하는 편면 연마 장치의 어느 쪽에도 적용된다. 또한, 본 발명은 워크의 두께나 단면 형상 등 여러 가지 계측에 적용이 가능하지만, 본 실시형태에 있어서는 워크의 두께를 계측하는 예로 설명한다.

도 1로부터 도 4는 본 발명에 의한 평면 연마 장치의 실시형태로서 회전축선(L1)을 중심으로 회전하는 하정반(10)과 기체(2)에 지지되어 회전축선(L2)을 중심으로 회전하는 상정반(20)을 갖고, 이들 정반(10, 20)을 회전시켜서 워크(W)의 양면을 연마하는 평면 연마 장치(1)가 나타내어져 있다. 이 평면 연마 장치에 있어서 회전축선(L1, L2)은 동일 축선 위에 배치되어 있다.

기체(2)에는 레이저광의 광원(3)과 연산 제어부(4)를 포함하는 계측 유닛(5)이 설치됨과 아울러 상정반(20)을 승강시키기 위한 승강용 액츄에이터(7)가 지지된다. 광원(3)은 레이저광을 출력하는 것이며, 연산 제어부(4)는 워크(W)의 두께 등의 측정 데이터(계측값)를 수집하고, 수집된 각종 데이터의 연산이나 분석 등을 행하여 연마 장치(1) 전체의 제어를 행한다. 또한, 광원(3)과 연산 제어부(4)를 포함하는 계측 유닛(5)은 기체(2) 이외의 상정반(20)이나 하정반(10)의 회전의 영향을 받지 않는 위치(기체(2) 이외의 상정반(20)이나 하정반(10)의 회전과 연결이 끊긴 위치)에 설치되어 있어도 좋다.

하정반(10)의 중심에는 선 기어(11)가 배치되고, 하정반(10)의 외주에는 인터널 기어(12)가 하정반(10)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 선 기어(11)의 중앙 하부에는 제 1 구동축(13)이 접속되고, 하정반(10)의 중앙 하부에는 제 2 구동축(14)이 접속되고, 인터널 기어(12)의 중앙 하부에는 제 3 구동축(15)이 접속되어 있다. 또한, 하정반(10)의 중심에는 제 4 구동축(16)이 접속되고, 이 제 4 구동축(16)은 제 1 구동축(13)에 수용되어 있다. 제 1 구동축(13)은 제 2 구동축(14)에 수용되어 있고, 제 2 구동축(14)은 제 3 구동축(15)에 수용되어 있다. 이들 제 1 구동축(13)으로부터 제 4 구동축(16)은 도시되지 않은 구동 장치에 의해 구동 회전하도록 구성되어 있다.

상정반(20)과 하정반(10) 사이에는 실리콘 웨이퍼 등의 워크(W)를 유지하는 캐리어(37)가 선 기어(11)와 인터널 기어(12)에 맞물려서 복수 개재하여 설치되어 있다. 각 캐리어(37)에는 워크 유지 구멍(37a)이 형성되어 있고, 이 워크 유지 구멍(37a)에 워크(W)가 유지되어 있다. 상기 각 캐리어(37)는 선 기어(11)와 인터널 기어(12)의 회전에 의해 선 기어(11)의 주위를 자전 및/또는 공전한다. 또한, 상정반(20)의 하면과 하정반(10)의 상면에는 각각 연마 패드(18a, 18b)가 부착되어 있고, 캐리어(37)가 자전 및/또는 공전함으로써 각 캐리어(37)에 유지된 워크(W)의 상하 양면이 연마된다.

상정반(20)은 정반 헹거(31)를 통해 승강용 액츄에이터(7)의 승강 로드(32)에 부착되어 있다. 승강 로드(32)의 중심축선은 상기 회전축선(L1, L2)과 일치되어 있다. 정반 헹거(31)의 외주측의 하면에는 하측 방향으로 연장되는 복수의 지지 스터드(33)가 설치되고, 이 지지 스터드(33)가 상정반(20)의 상면에 부착되어 있다. 또한, 정반 헹거(31)의 내주면과 승강 로드(32)의 외주면 사이에는 이 정반 헹거(31)와 승강 로드(32)를 상하 방향으로는 고정적으로 결합하지만 상정반(20)의 회전 방향으로는 상대적으로 회전 가능하게 결합하는 베어링(34)이 개재하여 설치되어 있다.

상기 지지 스터드(33)에는 후술하는 계측기(프로브 헤드)(41)를 유지하기 위한 홀더(36)가 부착되어 있다. 이 프로브 헤드(41)는 홀더(36)의 부착 위치를 조정함으로써 상정반(20)의 상하면을 관통하는 계측 구멍(23)의 바로 위에 배치된다. 또한, 계측 구멍(23)에는 하단에 투명한 창판(25)을 설치한 창부재(26)가 부착되어 있다. 또한, 프로브 헤드(41)는 상정반(20)에 직접 부착하는 것 또는 정반 헹거(31)에 고정한 홀더(36)에 프로브 헤드(41)를 유지시키는 방식 등 상정반(20)과 일체로 회전 가능한 고정 방식이면 좋다.

상정반(20)은 워크(W)의 비연마시에 승강 로드(32)에 의해 대피 위치(도시 생략)로 상승하고, 워크(W)의 연마시에 도 1의 연마 위치까지 하강한다. 상정반(20)이 하강하면 상정반(20)에 부착된 훅(22)이 제 4 구동축(16)의 상단의 드라이버(17)에 결합하기 때문에 상정반(20)과 정반 헹거(31)는 제 4 구동축(16)에 의해 드라이버(17)를 통해 구동되어 일체로 회전한다.

또한, 상정반(20)에는 광원(3)으로부터 출사되는 레이저광을 사용하여 워크(W)의 두께나 형상을 계측하는 워크 계측 기구(40)가 구비되어 있다. 이 워크 계측 기구(40)는 레이저광을 워크(W)에 조사함과 아울러, 워크(W)로부터의 반사광을 수광하는 프로브 헤드(41)와 광원(3)으로부터 프로브 헤드(41)에 레이저광을 전송하는 광전송로(50)를 갖고있다.

광전송로(50)는 광 로터리 조인트(60)와 광 로터리 조인트(60)의 일차측을 광원(3)에 접속하는 일차측 광로로서의 일차측 광파이버(51)와 광 로터리 조인트(60)의 이차측을 프로브 헤드(41)에 접속하는 이차측 광로로서의 이차측 광파이버(52)를 구비하고 있다. 광 로터리 조인트(60)는 상정반(20)의 회전축선(L2)상에 배치되고, 승강 로드(32)의 하단부(32a)와 정반 헹거(31) 사이에 배치되어 있다.

광 로터리 조인트(60)는 상대적으로 회전 가능한 정지측 조인트부(61)와 회전측 조인트부(62)를 갖고 있다. 또한, 정지측 조인트부(61)와 회전측 조인트부(62) 사이에는 베어링(64)이 개재하여 설치되어 있다. 정지측 조인트부(61)는 기체(2)에 대하여 비회전의 승강 로드(32)의 하단부(32a)에 고정적으로 부착되어 있다. 또한, 회전측 조인트부(62)는 정반 헹거(31)에 연결됨으로써 정반 헹거(31) 및 상정반(20)과 일체로 회전한다.

또한, 승강 로드(32)와 정지측 조인트부(61)와 회전측 조인트부(62)에는 삽입 통과 구멍(32b와 61a와 62a)이 동일 축선 상에 위치하도록 형성되고, 승강 로드(32)의 삽입 통과 구멍(32b)과 정지측 조인트부(61)의 삽입 통과 구멍(61a)에는 일차측 광파이버(51)가 삽입되고, 회전측 조인트부(62)의 삽입 통과 구멍(62a)에는 이차측 광파이버(52)가 삽입되어 있다. 또한, 정지측 조인트부(61)의 삽입 통과 구멍(61a)과 회전측 조인트부(62)의 삽입 통과 구멍(62a)에는 집광성을 갖는 그린 렌즈(61b, 62b)가 설치되어 있다.

정반 헹거(31)의 중앙부 하면에는 로터리 조인트(60)를 덮도록 유저통 형상을 이룬 케이블 커버(73)가 배치되고, 정반 헹거(31) 및 상정반(20)과 일체로 회전하도록 부착되어 있다. 회전측 조인트부(62)와 케이블 커버(73)가 연결 부재(72)로 연결됨으로써 상정반(20)의 회전시에 회전측 조인트부(62)가 상정반(20)과 함께 회전하도록 되어 있다. 회전측 조인트부(62)의 삽입 통과 구멍(62a)으로부터 도출하는 이차측 광파이버(52)는 정반 헹거(31)에 형성된 케이블 삽입 통과 구멍(35)으로부터 정반 헹거(31)의 외부로 도출된 뒤 프로브 헤드(41)에 접속된다.

일차측 광파이버(51)는 그 일단측이 광원(3)에 접속됨과 아울러, 그 타단측이 정지측 조인트부(61)에 삽입되어 있고, 이 양단 사이에 레이저광을 원편광으로 편광하는 원편광 출력부로서의 원편광 조정용 편파 조정기(53)가 설치되어 있다. 또한, 레이저광을 원편광으로 편광하는 원편광 출력부는 원편광 조정용 편파 조정기(53) 대신에 원편광의 레이저광을 출사하는 광원을 사용해도 좋다.

한편, 이차측 광파이버(52)는 그 일단측이 회전측 조인트부(62)에 삽입됨과 아울러, 그 타단측이 프로브 헤드(41)에 접속되어 있다. 그리고 이 이차측 광파이버(52)에 원편광의 레이저광을 직선 편광으로 변환하기 위한 직선 편광 조정용 편파 조정기(54)가 설치되어 있다. 또한, 상기 일차측 광파이버(51) 및 이차측 광파이버(52)는 싱글 모드 파이버, 멀티 모드 파이버의 중 어느 하나를 사용해도 좋다. 또한, 일차측 광파이버(51)는 편파 유지 파이버를 사용해도 좋다.

프로브 헤드(41)는 레이저광을 분리하는 편광 빔 스플리터(42)와 이 분리된 레이저광의 편광을 변환하는 파장판(43a, 43b)과 파장판(43a)을 통과한 레이저광을 반사하는 반사판(미러)(44)과 레이저광을 검출하여 전기 신호로 변환하는 포토 디렉터(45)를 구비하고 있다. 여기에서의 편광 빔 스플리터(42)는 레이저광의 P파를 투과하고 S파를 반사하는 타입을 사용하고, 파장판(43a, 43b)은 λ/4판을 사용한다. 포토 디렉터(45)로 변환된 전기 신호는 도시되지 않은 케이블을 경유하여 연산 제어부(4)로 전송된다.

이어서, 워크(W)의 연마시에 워크(W)에 조사되는 레이저광의 광로와 편광 특성에 대하여 설명한다. 광원(3)으로부터 출력된 레이저광은 원편광 조정용 편파 조정기(53)에 의해 원편광으로 변환되어서 광 로터리 조인트(60)의 정지측 조인트부(61)에 입사된다. 정지측 조인트부(61)에 입사된 레이저광은 그린 렌즈(61b)를 투과하여 정지측 조인트부(61)와 회전측 조인트부(62) 사이의 공극에 진입한다. 그리고 이 공극에 진입한 원편광의 레이저광이 회전측 조인트부(62)에 설치되어 있는 그린 렌즈(62b)로 진입한다. 이 때, 정지측 조인트부(61)로부터 출사되는 레이저광의 편광 특성은 원편광 조정용 편파 조정기(53)에 의해 원편광이 되어 있다. 원편광은 평행 편파인 P파의 성분의 비율이 50%, 수직 편파인 S파의 성분의 비율이 50%이기 때문에 회전측 조인트부(62)가 한쪽의 편파 성분밖에 전송하지 않는 회전 각도이었더라도 P파와 S파가 혼재한 원편광의 레이저광으로 함으로써 항상 일정한 광강도의 레이저광을 회전측 조인트부(62)로부터 출력할 수 있다. 즉, 정지측 조인트부(61)와 회전측 조인트부(62)의 불연속인 개소를 광이 전송해도 회전측 조인트부(62)가 반사면이 됨으로써 광강도의 저하나 변동이 생기거나 정지측 조인트부(61)에 대한 회전측 조인트부(62)의 상대적인 회전 각도에 의해 광강도에 변동이 생기거나 하는 일 없이 회전측 조인트부(62)를 통해 이차측 광파이버(52)로 전송되는 레이저광의 광강도는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 된다.

이차측 광파이버(52)에 입사된 원편광의 레이저광은 직선 편광 조정용 편파 조정기(54)에 의해 직선 편광으로 편광된다. 이 때, 직선 편광 조정용 편파 조정기(54)에 입사되는 레이저광의 광강도는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 되기 때문에 직선 편광으로 편광된 레이저광의 광강도도 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 된다.

이차측 광파이버(52)로부터 프로브 헤드(41)에 입사되는 직선 편광의 레이저광은 편광 빔 스플리터(42)로 P파와 S파로 분리된다. 이 때, 편광 빔 스플리터(42)에 입사되는 레이저광의 광강도는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하기 때문에 편광 빔 스플리터(42)로 분리되는 P파 및 S파의 광강도도 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 된다.

편광 빔 스플리터(42)를 투과한 직선 편광의 P파는 λ/4판(43a)을 통과할 때에 원편광으로 변환되어 미러(44)로 반사한 후 같은 광로를 돌아가 다시 λ/4판(43a)을 통과할 때에 직선 편광의 S파로 변환된다. 그리고 직선 편광의 S파로 변환된 레이저광이 편광 빔 스플리터(42)에 입사되어 포토 디렉터(45) 방향으로 반사된다. 한편, 편광 빔 스플리터(42)에 의해 반사된 직선 편광의 S파는 λ/4판(43b)을 통과할 때에 원편광으로 변환되어 워크(W)에 의해 반사한 후 같은 광로를 돌아가 다시 λ/4판(43b)을 통과할 때에 직선 편광의 P파로 변환된다. 그리고 직선 편광의 P파로 변환된 레이저광이 편광 빔 스플리터(42)를 투과하여 포토 디렉터(45)에 입사된다. 그리고 이차측 광파이버(52)로부터 편광 빔 스플리터(42)에 입사할 때에 분리된 레이저광이 미러(44)나 워크(W)에 의해 반사되어서 다시 편광 빔 스플리터(42)에 입사할 때에 합성되어서 포토 디렉터(45)에 입사된다. 포토 디렉터(45)에 입사된 레이저광은 전기 신호로 변환되어서 연산 제어부(4)로 전송되고, 이 전기 신호가 연산 제어부(4)에서 연산 처리되어서 도 4에 나타내어지는 바와 같이 샘플 수(시간)에 대한 워크 두께로서 화면에 표시된다.

본 실시형태에서는 포토 디렉터(45)에 입사되는 레이저광의 광강도는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하다. 그 때문에 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 기인하는 연마 중의 워크 계측값의 주기적 변동을 억제할 수 있다. 또한, 워크(W)에 조사되는 레이저광은 직선 편광으로 편광 빔 스플리터(42)에 입력되고, 그 후 원편광으로 변환되어서 워크(W)에 조사되고 있기 때문에 워크(W)에 도달하는 레이저광의 광강도의 손실을 최소한으로 할 수 있다.

한편, 본 실시형태에 대한 비교예로서 원편광 조정용 편파 조정기가 일차측 광파이버(51)에 설치되어 있지 않은 것 및 직선 편광 조정용 편파 조정기(54)가 이차측 광파이버(52)에 설치되어 있지 않은 것 이외에는 도 3에 나타내는 평면 연마 장치와 실질적으로 동일한 구성을 갖는 평면 연마 장치로 설명한다(도시 생략). 이 비교예에서는 광 로터리 조인트(60)에 입사되는 레이저광은 타원 편광이나 직선 편광 등 편광 특성이 일정하지 않은 레이저광이기 때문에 광 로터리 조인트(60)로부터 출사되는 레이저광의 편광 특성이나 광강도는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의해 주기적으로 변동된다. 그리고 이 광 로터리 조인트(60)로부터 출사되는 레이저광의 광강도가 주기적으로 변동함으로써 편광 빔 스플리터(42)로 분리·합성되는 레이저광의 광강도가 주기적으로 변동한다. 그 때문에 포토 디렉터(45)로부터 연산 제어부(4)로 전송되는 전기 신호는 회전측 조인트부(62)의 회전 각도에 의해 주기적으로 변동하고 있고, 연산 제어부(4)에서 연산 처리되어서 화면에 표시되는 샘플 수(시간)에 대한 워크 계측값도 주기적으로 변동하고 있다(도 5참조).

상술한 실시형태에 있어서는 상정반(20)에 프로브 헤드(41)를 부착하고, 승강 로드(32)의 하단부(32a)와 정반 헹거(31) 사이에 광 로터리 조인트(60)를 부착한 평면 연마 장치(1)에 대하여 설명했지만, 변형예로서 프로브 헤드(41)를 하정반(10)에 부착하고, 로터리 조인트(60)를 하정반(10)의 회전축선(L1)상에 배치함으로써 하정반(10)측으로부터 워크(W)를 계측하도록 구성할 수도 있다. 이 변형예의 경우 도 1, 도 2에 있어서 부호 32를 붙인 부분이 회전하는 하정반용 구동축, 부호 31을 붙인 부분이 하정반용 구동축 주위의 정지하는 기체 부분이라고 생각할 수 있고, 그렇게 하면 정지측 조인트부(61)가 회전측 조인트부가 되고, 회전측 조인트부(62)가 정지측 조인트부가 된다. 또한, 정지측 조인트부(61)에 접속되어 있는 일차측 광파이버(51)가 회전측 조인트부(62)와 프로브 헤드(41)를 접속하는 이차측 광파이버가 된다. 이 때, 하정반(10)에는 그 상하면을 관통하는 계측 구멍(23)이 형성되고, 이 계측 구멍(23)의 바로 아래에 프로브 헤드(41)가 배치된다. 또한, 케이블 커버(73)는 정지측인 기체 부분에 부착되어 케이블 커버(73) 내에 수용된 이차측 광파이버(52)는 계측 유닛(5)과 정지측 조인트부(61)를 접속하는 일차측 광파이버가 된다.

또한, 본 발명에 의한 평면 연마 장치는 제 1 회전축선을 중심으로 회전하는 정반과 제 2 회전축선을 중심으로 회전하여 워크(W)를 유지하는 유지부를 갖고, 워크(W)를 유지하는 유지부와 정반을 접촉시킨 상태에서 정반 및 유지부를 회전시킴으로써 워크(W)의 편면을 연마하는 편면 연마 장치이어도 좋다. 이 편면 연마 장치에 있어서는 프로브 헤드가 유지부에 설치되고, 광 로터리 조인트가 제 2 회전축선 상에 배치되고, 일차측 광파이버가 광원으로부터 정지측 조인트부까지의 사이에 접속되고, 이차측 광파이버가 프로브 헤드와 회전측 조인트부에 접속되어 있다. 또한, 일차측 광파이버에는 원편광 조정용 편파 조정기가 설치되고, 이차측 광파이버에는 직선 편광 조정용 편파 조정기가 설치되어 있다. 이 편면 연마 장치에 있어서의 연마 중의 워크 계측에 사용되는 레이저광의 광로는 상술한 양면 연마 장치와 실질적으로 동일하기 때문에 그 설명을 생략한다. 또한, 상기 편면 연마 장치는 프로브 헤드가 정반에 설치되고, 광 로터리 조인트가 제 1 회전축선 상에 배치되어 있는 것이어도 좋다.

또한, 편면 연마 장치는 정반 또는 유지부 중 어느 한쪽이 회전하고 다른 쪽이 고정되는 것이어도 좋다. 정반이 회전하고 유지부가 고정되는 편면 연마 장치의 경우에는 프로브 헤드는 정반에 설치되고, 광 로터리 조인트는 정반의 회전축선 상에 배치된다. 또한, 정반이 고정되고 유지부가 회전되는 편면 연마 장치의 경우에는 프로브 헤드는 유지부에 설치되고, 광 로터리 조인트는 유지부의 회전축선 상에 배치된다. 또한, 정반과 유지부의 양쪽이 회전하는 편면 연마 장치와 정반 또는 유지부 중 어느 한쪽이 회전하고 다른 쪽이 고정되는 편면 연마 장치는 다른 구성은 실질적으로 동일하므로 다른 구성 및 레이저광의 광로에 대해서는 그 설명을 생략한다.

이러한 편면 연마 장치에 있어서도 광원으로부터 출력된 레이저광이 원편광 조정용 편파 조정기에 의해 원편광으로 변환되어서 광 로터리 조인트에 입사된다. 그리고 정지측 조인트부로부터 회전측 조인트부를 향해서 출사되는 레이저광의 편광 특성이 원편광이기 때문에 회전측 조인트부를 통해 이차측 광파이버로 전송되는 레이저광의 광강도는 회전측 조인트부의 회전 각도에 의하지 않고 거의 일정하게 된다. 따라서, 편면 연마 장치에 있어서도 양면 연마 장치와 마찬가지로 회전측 조인트부의 회전 각도에 기인하는 연마 중의 워크 계측값의 주기적 변동을 억제할 수 있다.

또한, 상기 편면 연마 장치에 있어서도 양면 연마 장치와 마찬가지로 편광 빔 스플리터에 직선 편광으로 입력하고, 워크에 조사되는 레이저광을 원편광으로 변환함으로써 워크에 도달하는 레이저광의 광강도의 손실을 최소한으로 할 수 있다.

1: 평면 연마 장치 3: 광원
10: 하정반 20: 상정반
40: 워크 계측 기구 41: 계측기(프로브 헤드)
42: 편광 빔 스플리터 43a, 43b: 파장판
44: 반사판 50: 광전송로
51: 일차측 광파이버(일차측 광로)
52: 이차측 광파이버(이차측 광로)
53: 원편광 조정용 편파 조정기
54: 직선 편광 조정용 편파 조정기
60: 광 로터리 조인트 61: 정지측 조인트부
62: 회전측 조인트부 L1, L2: 회전축선
W: 워크

Claims (5)

1. 기체에 회전 가능하게 지지된 상정반 및 구동축에 회전 가능하게 지지된 하정반을 갖고, 이 상정반과 하정반 사이에 워크를 협지하고, 양 정반을 회전시켜서 상기 워크의 양면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서,
   상기 평면 연마 장치는 상기 상정반 및 상기 하정반 중 어느 하나의 정반에 부착되어 레이저광을 사용하여 상기 워크를 계측하는 워크 계측 기구를 구비하고,
   상기 워크 계측 기구는 상기 레이저광을 상기 워크에 조사함과 아울러, 상기 워크로부터의 반사광을 수광하는 계측기와, 광원으로부터 상기 계측기에 상기 레이저광을 전송하는 광전송로를 갖고,
   상기 광전송로는 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반의 회전축선 상에 배치되는 광 로터리 조인트와, 상기 광 로터리 조인트의 일차측을 상기 광원에 접속시키는 일차측 광로와, 상기 광 로터리 조인트의 이차측을 상기 계측기에 접속시키는 이차측 광로를 구비하고,
   상기 광 로터리 조인트는 상기 일차측 광로에 접속되어서 상기 기체에 대하여 고정적으로 설치되어 있는 정지측 조인트부와, 상기 이차측 광로에 접속되어서 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반과 함께 회전하는 회전측 조인트부를 갖고,
   상기 일차측 광로에는 상기 정지측 조인트부를 제외한 위치에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부가 설치되어, 상기 원편광 출력부에서 상기 일차측 광로를 통해 상기 정지측 조인트부로 보내지는 원편광의 레이저광이 상기 정지측 조인트부에서 상기 회전측 조인트부로 입사하는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
2. 정반과, 워크를 유지하는 유지부를 갖고,
   상기 정반과 유지부 중 적어도 한쪽을 회전시키고,
   상기 워크와 상기 정반을 접촉시킨 상태에서 워크의 편면을 연마하는 평면 연마 장치에 있어서,
   상기 평면 연마 장치는 상기 정반 또는 유지부 중 어느 하나에 부착되어 레이저광을 사용하여 상기 워크를 계측하는 워크 계측 기구를 구비하고,
   상기 워크 계측 기구는 상기 레이저광을 상기 워크에 조사함과 아울러, 상기 워크로부터의 반사광을 수광하는 계측기와, 광원으로부터 상기 계측기에 레이저광을 전송하는 광전송로를 갖고,
   상기 광전송로는 상기 워크 계측 기구를 부착한 정반 또는 유지부의 회전축선 상에 설치되는 광 로터리 조인트와, 상기 광 로터리 조인트의 일차측을 상기 광원에 접속시키는 일차측 광로와, 상기 광 로터리 조인트의 이차측을 상기 계측기에 접속시키는 이차측 광로를 구비하고,
   상기 광 로터리 조인트는 상기 일차측 광로에 접속되어서 기체에 대하여 고정적으로 설치되어 있는 정지측 조인트부와, 상기 이차측 광로에 접속되어서 상기 정반 또는 유지부 중 적어도 한쪽과 함께 회전하는 회전측 조인트부를 갖고,
   상기 일차측 광로에는 상기 정지측 조인트부를 제외한 위치에 원편광의 레이저광을 출력하는 원편광 출력부가 설치되어, 상기 원편광 출력부에서 상기 일차측 광로를 통해 상기 정지측 조인트부로 보내지는 원편광의 레이저광이 상기 정지측 조인트부에서 상기 회전측 조인트부로 입사하는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 원편광 출력부는 상기 일차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광을 원편광으로 변환하기 위한 원편광 조정용 편파 조정기인 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 이차측 광로에는 상기 이차측 광로를 전송하는 레이저광의 편광을 직선편광으로 변환하기 위한 직선 편광 조정용 편파 조정기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 계측기는 상기 이차측 광로로부터 전송되는 직선 편광의 레이저광을 제 1 레이저광과 제 2 레이저광으로 분리하는 편광 빔 스플리터와, 상기 제 1 레이저광 및 제 2 레이저광의 편광을 원편광으로 편광하는 파장판과, 상기 파장판을 통과한 제 1 레이저광을 반사하여 다시 상기 파장판에 입사시키는 반사판을 갖고,
   상기 제 2 레이저광을 상기 워크에 조사하고, 상기 워크에 의해 반사된 반사광과 상기 반사판에 의해 반사된 제 1 레이저광의 반사광을 상기 편광 빔 스플리터로 합성하는 것을 특징으로 하는 평면 연마 장치.

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